張開(kāi)發(fā)¹，劉益勇²，熊大林³，余正偉³

( 1. 江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司，江蘇 淮安 223002;

2. 馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243032;

3. 安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032)

摘 要: 為提高燒結(jié)混合料的制粒性能、改善料層透氣性、提高燒結(jié)生產(chǎn)率，研究了混合料水分和生石灰用量對(duì)制粒效果的影響，以及燒結(jié)機(jī)寬度方向、混合料水分和九輥布料參數(shù)對(duì)布料效果的影響。結(jié)果表明，燒結(jié)一次混合料水分受原料波動(dòng)影響大、制粒過(guò)程尚未明顯發(fā)生。燒結(jié)二次混合料經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)及在混合料倉(cāng)中的堆儲(chǔ)，混合料 “準(zhǔn)顆粒”遭到一定程度破壞、 － 0. 5 mm 粒級(jí)含量提高，對(duì)燒結(jié)過(guò)程非常不利，通過(guò)配加適宜生石灰和二混水分強(qiáng)化制粒，能夠提高混合料粒度。采用圓輥給料器和九輥布料器組合布料，適當(dāng)提高混合料水分、九輥轉(zhuǎn)速和九輥布料器傾角對(duì)混合料粒度偏析程度提高有利，為燒結(jié)穩(wěn)定高產(chǎn)提供了支撐。

關(guān)鍵詞: 鐵礦燒結(jié); 制粒; 布料; 偏析

0 引言

隨著高爐向大型化發(fā)展，高爐對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)量、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、還原粉化性能的要求逐年提高^［1－4］，成為推動(dòng)燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的動(dòng)力。影響燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)的因素包括原料條件、制粒效果、布料工藝、燒結(jié)操作等諸多方面。其中，原料條件是影響燒結(jié)礦質(zhì)量的本質(zhì)因素，使用高品位、低有害雜質(zhì)元素、制粒性能和高溫反應(yīng)性能優(yōu)良的鐵礦石原料、減少含鐵塵泥和細(xì)粒復(fù)雜礦配加量，是提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)的有效方法^［5－9］，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中受到優(yōu)質(zhì)資源供應(yīng)、配礦成本和燒結(jié)消納固廢任務(wù)的影響，難以得到一以貫之的執(zhí)行。強(qiáng)化燒結(jié)點(diǎn)火保溫、優(yōu)化燒結(jié)風(fēng)量分布、精準(zhǔn)控制燒結(jié)終點(diǎn)、厚料層/超厚料層操作、熱風(fēng)/煙氣循環(huán)技術(shù)、料面噴吹燃?xì)?蒸汽技術(shù)等等燒結(jié)操作和新技術(shù)^{［10－16］}，能夠在較大程度上提高燒結(jié)的產(chǎn)量和質(zhì)量，并減少污染物排放，但通常需要對(duì)工藝流程和設(shè)備進(jìn)行較大規(guī)模的改造。在燒結(jié)原料條件和工藝操作相對(duì)穩(wěn)定的前提下，通過(guò)優(yōu)化制粒水分、添加活性石灰、提高混合機(jī)填充率、延長(zhǎng)制粒時(shí)間、采用多輥布料器等改善制粒和布料的措施，是強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程、提高燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)的另一有效途徑。

為了提高燒結(jié)混合料的制粒性能、改善料層透氣性、提高燒結(jié)生產(chǎn)率，本文擬通過(guò)研究混合料水分和生石灰用量對(duì)制粒、布料效果的影響，以及混合料粒度分布規(guī)律，為生產(chǎn)實(shí)踐中強(qiáng)化制粒和布料效果提供支撐。

1 原料性能與研究方法

1. 1 原料性能

燒結(jié)配料車間的原料種類包括混合料、熔劑、返礦和雜料，對(duì)單品種原料進(jìn)行粒度分析和水分含量檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表 1。

燒結(jié)原料中，混勻礦平均粒徑 3. 89 mm， + 8 mm 粒級(jí)含量達(dá)到 16. 37% ，粗粒度礦粉含量偏高。燃料中 + 3 mm粒級(jí)含量 34. 63% ，按燃料粒度 － 3 mm 粒級(jí)含量高于 85%的標(biāo)準(zhǔn)，此燃料粒度偏粗。白云石、生石灰和石灰石的 －3 mm 粒級(jí)含量均大于 90% ，符合燒結(jié)熔劑原料使用基本要求。內(nèi)返礦平均粒徑為 2. 94 mm，粒度較細(xì); 外返礦平均粒徑 4. 47 mm、 + 5 mm 粒級(jí)含量 50. 84% ，粒度較粗。

1. 2 研究方法

1. 2. 1 混合料粒度檢測(cè)方法

燒結(jié)一次混合、二次混合和料層中的混合料均為生料，僅依靠水分和部分消石灰膠體的粘結(jié)相形成 “準(zhǔn)顆粒”，其特點(diǎn)是顆粒強(qiáng)度較小，熱穩(wěn)定性差，在自然干燥和篩分過(guò)程中容易破碎，影響粒度檢測(cè)的結(jié)果，通常采用液氮冷凍后篩分的方法檢測(cè)。

混合料取樣分別在一次、二次混合機(jī)后皮帶及圓輥給料器落料點(diǎn)?；旌狭蠘悠凡捎盟姆址s分出兩組 500 g 左右混合料，置于隔熱容器內(nèi)，倒入 500ml 液氮冷凍; 立即進(jìn)行 5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)篩組合篩分，篩孔直徑為 8、5、3、1 mm 和0. 5 mm，將標(biāo)準(zhǔn)篩組固定于振動(dòng)篩分器上，振動(dòng)篩分 3min，逐級(jí)對(duì)篩上原料進(jìn)行稱重，計(jì)算各粒級(jí)所占百分?jǐn)?shù)和加權(quán)平均粒徑，兩組實(shí)驗(yàn)平均粒徑偏差不超過(guò) 5% 時(shí)，去平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，偏差超過(guò) 5% 時(shí)，重新取樣分析。

混合料加權(quán)平均粒徑計(jì)算公式如公式 ( 1) 所示:

式中: x₁—混合料中 + 8 mm 粒級(jí)含量; x₂—混合料中 5 ～ 8mm 粒級(jí)含量; x₃—混合料中 3 ～ 5 mm 粒級(jí)含量; x₄—混合料中 1 ～ 3 mm 粒級(jí)含量; x₅—混合料中 0. 5 ～ 1 mm 粒級(jí)含量; x6—混合料中 － 0. 5 mm 粒級(jí)含量。

1. 2. 2 燒結(jié)機(jī)混合料布料效果研究方法

燒結(jié)機(jī)混合料布料效果研究方法具體步驟如下:

1) 制作規(guī)格為 φ500 mm × 200 mm × 4 層 ( 如圖 1) 圓筒取料器 3 套和盲板實(shí)驗(yàn)臺(tái)車 ( 如圖 2) 1 架。

2) 停機(jī)從燒結(jié)機(jī)中后部吊取臺(tái)車一架 ( 如圖 3) ，換上盲板實(shí)驗(yàn)臺(tái)車，并顯著標(biāo)記; 待實(shí)驗(yàn)臺(tái)車前序 1 個(gè)臺(tái)車運(yùn)行到點(diǎn)火爐前時(shí)，關(guān)閉點(diǎn)火器，待實(shí)驗(yàn)臺(tái)車后序 1 個(gè)臺(tái)車運(yùn)行出點(diǎn)火爐，重新開(kāi)啟點(diǎn)火器，在燒結(jié)臺(tái)車上形成一段長(zhǎng)約 4. 5 m 的未點(diǎn)火區(qū)域，將取樣筒按左、中、右擺放于實(shí)驗(yàn)臺(tái)車中心 ( 如圖 4) ，以行車吊取重錘將取樣筒壓入料層; 然后，待實(shí)驗(yàn)臺(tái)車運(yùn)行至機(jī)尾，將試驗(yàn)臺(tái)車吊出，換上備用臺(tái)車或另一架實(shí)驗(yàn)臺(tái)車; 最后，對(duì)取樣筒內(nèi)混合料進(jìn)行分層取樣，每層厚度 5 ～ 7 cm，分析各層混合料的粒度組成并計(jì)算各層混合料的平均粒徑及 － 0. 5 mm、+ 3 mm 粒級(jí)含量的標(biāo)準(zhǔn)差。

標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式如公式 ( 2) 所示，標(biāo)準(zhǔn)差值越大，說(shuō)明偏析越顯著。

式中: S—標(biāo)準(zhǔn)差; n—數(shù)據(jù)個(gè)數(shù); xi—每個(gè)數(shù)據(jù)的具體值; 個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2. 1 混合料制粒效果與優(yōu)化

為了了解生產(chǎn)過(guò)程混合料粒度組成的變化規(guī)律，研究了一次混合后 ( 一混后) 、二次混合后 ( 二混后) 和圓輥布料器下料處 ( 布料處) 混合料粒度組成，并考查了二次混合料水分及生石灰用量對(duì)其的影響。

2. 1. 1 混合料制粒效果評(píng)價(jià)

在正常生產(chǎn)條件下，對(duì)燒結(jié)一混后、二混后和布料處的混合料進(jìn)行取樣、液氮冷凍、粒度篩分試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

從一混后到布料處，燒結(jié)混合料水分含量由 5. 25% 提高到 5. 70% ，混合料平均粒徑經(jīng)過(guò)二次混合僅由 3. 16 mm提高到 3. 22 mm，到布料處又降至 3. 04 mm。說(shuō)明二混后混合料 “準(zhǔn)顆粒”強(qiáng)度較差，經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)、混合料倉(cāng)儲(chǔ)存后遭到一定程度破壞。特別的，由一混后到布料處，混合料 －0. 5 mm 粒級(jí)含量由 9. 91% 提高到 14. 04% ，呈單調(diào)遞增趨勢(shì)，對(duì)燒結(jié)料層透氣性非常不利。因此，為了提高燒結(jié)料層透氣性，需要加強(qiáng)混合料制粒操作，提高 “準(zhǔn)顆粒”強(qiáng)度，減少混合料中 － 0. 5 mm 粒級(jí)含量。

2. 1. 2 水分含量對(duì)燒結(jié)混合料制粒效果的影響

一次 混 合 加 水 量 不 變，二 次 混 合 料 水 分 5. 5% ～6. 7% ，水分含量與透氣性的關(guān)系見(jiàn)圖 5 ～ 6。一混水分含量介于 5. 1% ～ 5. 9% 之間，波動(dòng)較大，且與透氣性指數(shù)無(wú)明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明不同原料之間水分差異較大，一次混合尚不充分，原料的均勻程度較低，混合料制粒的效果尚未體現(xiàn)。二混水分與透氣性指數(shù)呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，其關(guān)系式為: y = 0. 067x － 0. 212。透氣性指數(shù)隨著混合料水分的提高而增大，混合料透氣性明顯改善。

2. 1. 3 生石灰用量對(duì)燒結(jié)混合料制粒效果的影響

生石灰用量 2. 75% ～ 4. 0% 范圍內(nèi)，其與一次混合料、二次混合料制粒效果的關(guān)系，見(jiàn)圖 7 ～ 8?？梢?jiàn)隨著生石灰用量的提高，CaO 消化消耗水分量增加，混合料中游離水含量降低，混合料水分呈緩慢降低趨勢(shì)。生石灰用量2. 75% ～ 3. 25% 范圍內(nèi)，透氣性指數(shù)隨生石灰用量的提高呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明混合料中生石灰充分消化后，仍有較多的游離水分用于制粒。隨著生石灰用量由 3. 25% 提高到4. 0% ，能夠用于制粒的游離水減少，導(dǎo)致混合料制粒效果變差。因此，在調(diào)整生石灰用量時(shí)，混合料水分需要相應(yīng)調(diào)整，既保證生石灰能夠充分消化成 Ca ( OH) 2 凝膠充當(dāng)粘結(jié)劑，還要需要保證后續(xù)混合料制粒水分充足。

2. 2 布料參數(shù)對(duì)混合料粒度偏析效果的影響

燒結(jié)布料采用的是圓輥布料器 + 多輥布料器組合，在燃料配比 3. 3% ，生石灰配比 3. 5% ，石灰石配比 1. 1% ，白云石配比 5. 1% ，圓輥給料量 540 t /h，臺(tái)車運(yùn)行速度1. 56 m/min 的條件下，研究了燒結(jié)機(jī)寬度方向、混合料水分、九輥轉(zhuǎn)速和傾角對(duì)混合料粒度偏析的影響。

2. 2. 1 燒結(jié)機(jī)寬度方向粒度偏析的差異

在混合料水分 6. 5% ，九輥傾角 42°，九輥轉(zhuǎn)速 45 Hz條件下，研究了混合料沿?zé)Y(jié)機(jī)寬度方向南、中、北三個(gè)位置混合料沿料層高度方向平均粒度和 + 3 mm、 － 0. 5mm 粒級(jí)分布，結(jié)果見(jiàn)圖 9 ～ 11。

由表 3 可知，燒結(jié)機(jī)寬度方向南、中、北三個(gè)位置料層混合料的平均粒徑和 + 3 mm 粒級(jí)含量從上至下逐層增大， － 0. 5 mm 粒級(jí)含量從上至下呈逐層減小趨勢(shì)，符合混合料布料垂直方向粒度分布的要求。但是南、中、北三個(gè)位置混合料的平均粒徑分別為 2. 832 mm、3. 293 mm 和3. 595 mm，說(shuō)明燒結(jié)寬度方向混合料布料不均勻，極有可能是圓輥和九輥的安裝位置、磨損程度及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的差異導(dǎo)致的，應(yīng)及時(shí)排查并解決，盡可能減小甚至消除混合料粒度沿?zé)Y(jié)機(jī)寬度方向偏析，以保證寬度方向燒結(jié)速度的一致和燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)定。料層北側(cè)和中間位置混合料平均粒徑的標(biāo)準(zhǔn)差分別為 0. 679 和 0. 686，混合料粒度偏析程度相當(dāng); 南側(cè)混合料平均粒徑的標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到 0. 876，料層南側(cè)混合料粒度的偏析程度明顯強(qiáng)于中間和北側(cè)。

2. 2. 2 混合料水分對(duì)粒度偏析的影響

在九輥傾角 42°，九輥轉(zhuǎn)速 45 Hz 條件下，研究了混合料水分對(duì)布料效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖 12 ～ 13、表 4。不同混合料水分條件下，料層混合料的平均粒徑和 + 3 mm 粒級(jí)含量由料層上部至料層下部整體呈增大趨勢(shì)， －0. 5 mm 粒級(jí)含量從上至下整體呈減小趨勢(shì)?；旌狭纤?－0. 5% 、基準(zhǔn)接 + 0. 5% 的混合料平均粒徑分別為 3. 228 mm、3. 293 mm 和 3. 455 mm，隨著混合料水分的提高，混合料平均粒徑呈增大趨勢(shì)。從平均粒徑的偏析程度來(lái)看，隨著水分含量的提高，料層中間位置分層樣品平均粒徑的標(biāo)準(zhǔn)差增大，說(shuō)明混合料平均粒徑的偏析程度增強(qiáng)。

2. 2. 3 九輥轉(zhuǎn)速對(duì)粒度偏析的影響

在混合料水分6. 5%，九輥傾角 42°條件下，研究了九輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率對(duì)布料效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖14 ～15、表5。

不同九輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率條件下，料層混合料的平均粒徑和 + 3 mm 粒級(jí)含量從上至下整體呈增大趨勢(shì)，但最后一層略有減小， － 0. 5 mm 粒級(jí)含量從上至下整體呈減小趨勢(shì)。九輥基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率 45 Hz、35 Hz 和 25 Hz時(shí)，料層平均粒徑分別為 3. 293 mm、3. 455 mm 和 3. 790mm，隨著九輥轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率的提高，混合料平均粒徑呈增大趨勢(shì)。

從平均粒徑的偏析程度來(lái)看，隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率的降低，料層中間位置分層樣品平均粒徑的標(biāo)準(zhǔn)差減小，說(shuō)明混合料平均粒徑的偏析程度減弱。驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率降低，料層 － 0. 5 mm 粒級(jí)含量的偏析程度明顯減小。

2. 2. 4 九輥傾角對(duì)粒度偏析的影響

在混合料水分 7. 6%，九輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率 45 Hz 條件下，研究了九輥傾角對(duì)布料效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖16、表6。

不同九輥傾角條件下，料層混合料的平均粒徑和 + 3mm 粒級(jí)含量從上至下整體呈增大趨勢(shì)， － 0. 5 mm 粒級(jí)含量由料層上部至料層下部整體呈減小趨勢(shì)。九輥基準(zhǔn)傾角從 42°降低至 38°，混合料平均粒徑分別為 3. 293 mm 和3. 275 mm，無(wú)顯著差別。

從平均粒徑的偏析程度來(lái)看，隨著傾角的減小，料層中間位置分層樣品平均粒徑的標(biāo)準(zhǔn)差減小，說(shuō)明混合料平均粒徑的偏析程度減弱。九輥傾角降低 4°料層的 + 3 mm粒級(jí)含量偏析程度變小，料層 － 0. 5 mm 粒級(jí)含量的偏析程度略有增大。

根據(jù)上述研究，料層垂直方向的平均粒徑和 + 3 mm粒級(jí)含量由料層上部至料層下部逐層增大， － 0. 5 mm 粒級(jí)含量由料層上部至料層下部呈逐層減小趨勢(shì)，料層垂直方向粒度分布規(guī)律上符合混合料布料垂直方向粒度分布的要求。但燒結(jié)混合料水平方向布料存在較大偏析，需對(duì)圓輥和九輥的安裝位置、磨損程度及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)觀測(cè)，查明造成混合料水平方向布料偏析的原因?；旌狭纤趾繉?duì)提高混合料粒度、增大垂直方向平均粒徑的偏析有利; 減小九輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率和傾角對(duì)強(qiáng)化垂直方向粒度偏析不利。

3 結(jié)語(yǔ)

1) 燒結(jié)二次混合料經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)及在混合料倉(cāng)中的堆儲(chǔ)，混合料 “準(zhǔn)顆粒”遭到一定程度破壞、 － 0. 5 mm 粒級(jí)含量提高，對(duì)燒結(jié)過(guò)程非常不利。通過(guò)提高 “準(zhǔn)顆粒”強(qiáng)度，減少混合料在轉(zhuǎn)運(yùn)和料倉(cāng)中的破碎，是改善燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程的有效手段。

2) 采用圓輥給料器與九輥布料器組合布料，料層混合料的平均粒徑和 + 3 mm 粒級(jí)含量從上至下逐層增大，－ 0. 5 mm 粒級(jí)含量逐層減小，符合燒結(jié)垂直方向布料的粒度分布要求。通過(guò)提高混合料水分、九輥轉(zhuǎn)速和九輥布料器傾角可以強(qiáng)化混合料在料層中的粒度偏析。

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